手机电池充电、放电原理与电路结构讲解，全网唯一（修改版）
原文来自微信公众号：工程师看海
大家好，我是工程师看海，有朋友反馈本文有几处计算错误，本着严谨的原则，现更正如下（红色文字部分）。
电池充放电电路是手机中最关键的电路之一，是手机一切功能的源头，如果该电路出现问题会使得整个手机工作不稳定， 甚至无法开机。手机的电是从电池来的，电池电压经过电源管理ic后，输出到各个负载，这个电源管理芯片叫做pmic，power management ic ，比如下图所示，电池的电经过pmic后转换为一个叫做system的电，这就是手机的主电源，这个电源有的平台叫vsys，有的平台叫vph_pwr，总之万事万物都是想通的，不管叫什么电，手机来其他模块的电都是从这路电转换而来的，高端手机里有上百路电源，低端手机也有林林总总六七十路电源，都是从vsys来的。
有极个别的情况是vsys无法提供负载大电流要求，此时可以考虑直接从电池vbat抽电，当然这是非常非常少见的应用和设计场景。
从电池的角度来看，它既放电为整个手机提供能量，也会被充电储存能量，放电时电流走的是输出路径，见上图绿色曲线路径，充电时走输入路径，见上图浅蓝色和红色路径，usb充电线的充电电流经过typec连接器进来后经过pmic或者辅助充电ic进入电池，实现充电功能；充电路径中红色的是电荷泵高功率充电，浅蓝色路径是buck低功率充电，其实把浅蓝色路径放过来就是boost升压结构，因此手机也可以升压，通过typec接口给其他设备用电。
有同学好奇，为什么充电还要走两个路径？
这两条充电路径一条是主充电路径，一条是辅助充电路径，辅助充电路径充电功率大，我们当前手机里的快充主要就是依靠辅助充电ic实现大功率充电的。
我们结合下图的充电电压电流曲线，再次深刻理解下手机充电过程，假如电池被过放，或长时间不使用，电量非常非常低，甚至低于3.5v，下图中电池是从3v开始充电的，此时叫做pre-charge预充电，预充电过程就是主充电ic在工作，充电路径见上图浅蓝色曲线，usb线缆上的电流和进入电池的电流基本一致，经过预充电后达到t1 cc阶段（cc阶段是constant current恒流阶段），这个阶段的特点是电池电压缓慢上升，而电流保持不变，图中的电流是稳定在3a，而电池电压逐渐从3v上升到3.5v，电池电量缓慢上升。
接下来到达时间t2-t3也是cc阶段，从t2开始，辅助充电ic开始介入充电过程，充电路径见上图红色曲线，此时的充电功率有了大幅变化，usb充电线上的电流可以达到4a，进入手机的电流是usb电流的2倍，大约是8a，图里辅助充电ic是降压电荷泵充电架构，特点是电压减半，电流加倍，usb提供的电流是4a而充进电池的电流是8a。假如usb提供的大约是8v，电池电压是4v，这就是电压减半、电流加倍，8v*4a=32w，此时充电器的充电功率大约是32w，这里格外提一点，电荷泵的原理参考以前文章：《一文理解电荷泵电源原理》。
快充的持续时间是很短的，当电池到达一定程度后，充充电电流就会下降，充电过程进入t3-t4，此时的特点是，电池电压不变，而电流逐渐降低，此时叫做cv过程，constant voltage，恒压充电，不过呢，usb电流和电池电流还是保持1:2的关系，此时的充电功率也不低。
t4时间以后，充电功率就明显下降，辅助充电ic休息了，让主充电ic慢慢工作，此时是就进入cv阶段，电池慢慢也就充满电了。
以上就是手机充放电架构及工作流程的介绍，需要说一句的是，手机的电量和电压不是100%正相关关系，在要求不高的场合我们可以用电池电压粗略估计电量，但是在手机这种对电量准确性要求高的场合，高精度体验友好的电量计设计是非常重要的，因此需要结合电压和电流对电量进行估计和拟合，比如有的电量计就用卡尔曼滤波估计电量，更简单点的做法是对电流积分来和电压互相补充来估计电量。此外，电池低电量时放电会特别快，不能让用户上一秒看手机还有15%的电，下一秒就突然变成1%了，甚至有的手机玩一玩游戏，电量反而蹦高了，这都是非常不友好的体验。
我们看下实际充电曲线，上图是某手机实测的充电曲线，黄色是usb电压，蓝色是usb电流，橙色是功率，大功率的持续时间只有1小段，该手机使用了更复杂的电池和充电架构设计：120w秒充技术，它采用的是两颗电荷泵设计，将usb网络的20v6a高电压和高电流转换为两路10v6a电压电流，最终汇合成10v12a的大电流输入电池，实现120w高级秒充，为了实现10v12a电池充电，该手机使用双串电池架构，双电池串联的特点是：总电压升高、容量不变；双电池并联的特点是：总电压不变，容量升高。由于电池串联，总电压加倍，在总电流相同的前提下，串联设计将会带来更快的充电功率。
以上就是手机充电放电架构和工作流程的介绍，然而笔者更期望的还是电池技术本身的进步，容量更大、更稳定、充电更快的电池才是根本。
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